tính toán hệ thống sấy thùng quay

Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
………………………………….………………………………………
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………….
………………………………………………………………….
……………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………
………….

1


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

MỤC LỤC
Trang

DANH SÁCH HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ
Trang
Hình 1.1. Đường cong sấy………………………………………………………13
Hình 1.2. Đường cong tốc độ sấy……………………………………………….13
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói lò…………………………..17
Hình 1.4. Cấu tạo bên trong máy sấy thùng quay……………………………….22
2


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống sấy thùng quay……………………………………….23
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý sử dụng khói lò làm tác nhân sấy trong thiết bị
sấy đối lưu…........................................................................................29
Hình 2.2. Biểu đồ tính toán hệ số truyền nhiệt………………………………….35
Hình 2.3. Đồ thị I – d biểu diễn quá trình sấy…………………………………..43
Hình 3.1. Biểu đồ Momen lực tác dụng lên thân thùng sấy…………………….56
Hình 3.2. Sơ đồ lực tác dụng lên con lăn và vành đai…………………………..61

Hình 3.3. Sơ đồ lực tác dụng lên con lăn chặn………………………….………64
Hình 3.4. Kí hiệu kích thước cánh đảo trộn…………………………………….67

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1. Bảng thành phần các nguyên tố trong nhiên liệu…………………….29
Bảng 2.2. Bảng hất liệu các lớp của thùng quay……………..……………….....35
Bảng 2.3. Bảng tính cân bằng nhiệt……………………………………………..45

3


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

DANH SÁCH KÝ HIỆU
Ký
hiệu
G1
G2
W
L
Dt
A
ω1
ω2
ρx
Vt
τ
τs

τ tt
to
t1
t2
β
n
Qt
Qc
α
Lo
L
α bđ
do
Pbo
Io
φ
Cnl
Cpk
d1
I1
d2
ϕ2
I2
V1

Giải thích
Lượng vật liệu ẩm vào thiết bị sấy
Lượng vật liệu ra khỏi thiết bị sấy
Lượng ẩm bay hơi
Chiều dài thùng sấy

Đường kính trong của thùng sấy
Cường độ bay hơi ẩm của vật liệu sấy
Độ ẩm ban đầu của vật liệu
Độ ẩm cuối của vật liệu
Khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng
Thể tích thùng sấy
Thời gian lưu của vật liệu trong thùng
Thời gian sấy lý thuyết
Thời gian sấy thực tế
Nhiệt độ không khí bên ngoài thùng sấy
Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị sấy
Nhiệt độ tác nhân sấy ra khỏi thiết bị sấy
Hệ số chứa vật liệu của thùng
Số vòng quay của thùng
Nhiệt trị thấp của nhiên liệu
Nhiệt trị cao của nhiên liệu
Góc nghiêng của thùng quay
Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy một kg nhiên liệu
Lượng không khí khô thực tế để đốt cháy hết một kg nhiên liệu
Hệ số không khí thừa của buồng đốt
Lượng chứa ẩm của không khí ứng với nhiệt độ to,
Áp suất bão hòa của hơi nước ứng với nhiệt độ to
Entanpy của không khí ẩm
Độ ẩm ban đầu của không khí
Nhiệt dung riêng của nhiên liệu
Nhiệt dung riêng của khói khô
Lượng chứa ẩm của khói lò sau buồng hòa trộn
Entanpy của khó lò sau buồng hòa trộn
Lượng chứa ẩm sau quá trình sấy lý thuyết
Độ ẩm tương đối sau quá trình sấy lý thuyết

Entanpy của khói lò sau quá trình sấy lý thuyết
Lưu lượng tác nhân sấy trước quá trình sấy lý thuyết
4

Đơn vị
kg/h
kg/h
kg/h
m
m
kg/m3.h
%
%
kg/m3
m3
phút
phút
Phút
o
C
o
C
o
C
vòng/phút
kJ/kg nl
kJ/kg nl
độ
kg kkk/kg nl
kg kkk/kg nl

kg ẩm/kg kkk
atm
kJ/kg kkk
%
kJ/kg.độ
kJ/kg.độ
kg ẩm/ kg kk
kJ/kg kk
kg ẩm/kg kkk
%
kJ/kg kk
m3/h


Đồ án môn học

V2
Vtb
qo
α1
α2
∆
Qv
Qmt
Wtb '
W1'
W2 '
ϕ2 '
d2'
I2 '

b

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

Lưu lượng tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết
Lưu lượng trung bình của tác nhân sấy trong quá trình sấy lý
thuyết
Nhiệt lượng tiêu hao khi bốc hơi 1 kg ẩm
Hệ số cấp nhiệt từ tác nhân sấy đến thành trong thiết bị sấy
Hệ số cấp nhiệt từ thành ngoài thiết bị sấy ra môi trường
Nhiệt lượng bổ sung thực tế
Tổn thất nhiệt do vật liệu sấy mang đi
Tổn thất nhiệt ra môi trường
Lưu lượng thể tích trung bình của khói lò trong quá trình sấy
thực tế
Lưu lượng thể tích tác nhân sấy trước quá trình sấy thực tế
Lưu lượng thể tích tác nhân sấy sau quá trình sấy thực tế
Độ ẩm tương đối sau quá trình sấy thực tế
Lượng chứa ẩm của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực tế
Entanpy của tác nhân sấy sau quá trình sấy thực tế

m3/h

Lượng nhiên liệu tiêu hao để bốc hơi một kg ẩm

kg nl/kg ẩm

5

m3/h

kJ/kg ẩm
W/m2.độ
W/m2.độ
kJ/kg ẩm
kJ/h
kJ/h
m3/h
m3/h
m3/h
%
kg ẩm/kg kkk
kJ/ kg kk


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

LỜI NÓI ĐẦU
Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng rất nhiều trong thực tế sản xuất và
đời sống. Trong công nghiệp và đời sống, kỹ thuật sấy đóng một vai trò quan trọng
trong dây chuyền sản xuất. Sản phẩm sau quá trình sấy có độ ẩm thích hợp, thuận tiện
cho bảo quản, vận chuyển và chế biến.
Trong học kì này, dưới sự hướng dẫn của thầy Vũ Hồng Thái – Bộ môn Máy và
thiết bị hóa chất em thực hiện đồ án môn học với đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống
sấy thùng quay”. Đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay với phương thức ngược
chiều, vật liệu sấy canxi cacbonat, đây là vật liệu được sử dụng rất nhiều trong đời
sống và công nghiệp. Ưu điểm của hệ thống thiết bị sấy thùng quay là quá trình sấy
đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, cường độ bay
hơi ẩm cao. Tuy nhiên do vật liệu bị đảo trộn nhiều có thể bị vỡ vụn tạo bụi. Đây

chính là nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay song so với các hệ thống sấy khác
thì nhược điểm này là không đáng kể. Do đó hệ thống sấy thùng quay được sử dụng rất
nhiều trong quá trình sấy các vật liệu trong công nghiệp.
Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Vũ Hồng Thái và kết hợp những kiến thức
hiện có em tiến hành thực hiện đồ án môn học với nội dung gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật sấy.
Chương 2: Tính toán công nghệ thiết bị sấy.
Chương 3: Tính cơ khí thiết bị sấy.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do trình độ còn hạn chế và thiếu kinh nghiệm
thực tế nên đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót, em mong nhận được sự giúp đỡ, góp ý
từ các thầy cô để bản đồ án của em được hoàn chỉnh.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy giáo Vũ
Hồng Thái và các thầy cô giáo trong Bộ môn Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất đã
giúp em hoàn thiện đồ án.

Sinh viên thực hiện

Chương 1
6


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

TỔNG QUAN KỸ THUẬT SẤY
1.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy
1.1.1. Định nghĩa quá trình sấy
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, quá trình tách nước ra khỏi vật liệu
(làm khô vật liệu) là rất cần thiết và quan trọng. Tùy theo tính chất và độ ẩm của vật

liệu, mức độ làm khô của vật liệu mà thực hiện một trong các phương pháp tách nước
ra khỏi vật liệu sau đây:
- Phương pháp cơ học: phương pháp này dùng trong trường hợp không cần tách
nước triệt để mà chỉ làm khô sơ bộ vật liệu sử dụng máy ép, ly tâm, lọc….

- Phương pháp hóa lý: dùng một hóa chất để hút nước trong vật liệu. Ví dụ dùng
canxi clorua, acid sunfulric..., phương pháp này tương đối đắt và phức tạp, chủ yếu là
để hút nước trong hỗn hợp khí.
- Phương pháp nhiệt: dùng nhiệt để bốc hơi nước trong vật liệu, phương pháp này
được sử dụng rộng rãi.
Quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt gọi là sấy [5 – 153]. Nhiệt
cung cấp cho vật liệu ẩm bằng cách dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc bằng năng lượng
điện trường có tần số cao. Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật
liệu, tăng độ liên kết bề mặt và bảo quản được tốt hơn. Trong quá trình sấy, nước được
bay hơi ở nhiệt độ bất kì do sự khuếch tán bởi sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt vật liệu
đồng thời bên trong vật liệu có sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề
mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
1.1.2. Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm
Các liên kết giữa ẩm với vật khô có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sấy. Nó sẽ
chi phối diễn biến của quá trình sấy. Vật ẩm thường là tập hợp của ba pha: rắn, lỏng và
khí (hơi). Các vật rắn đem đi sấy thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao
dẫn. Trong các mao dẫn có chứa ẩm lỏng cũng với hỗn hợp hơi khí có thể tích rất lớn
(thể tích xốp) nhưng tỷ lệ khối lượng của nó so với phần rắn và phần ẩm lỏng có thể
bỏ qua. Do vậy trong kỹ thuật sấy thường coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và chất
lỏng. Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm. Trong đó phổ biến nhất là cách
phân loại theo bản chất hình thành liên kết của P.H. Robinde [6-8]. Theo cách này, tất
cả các dạng lên kết ẩm được chia thành ba nhóm chính: liên kết hoá học, liên kết hoá
lý và liên kết cơ lý.
1.1.2.1. Liên kết hoá học
Liên kết hoá học giữa ẩm và vật khô rất bền vững trong đó, các phân tử nước đã

trở thành một bộ phận trong thành phần hoá học của phân tử vật ẩm. Loại ẩm này chỉ
7


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

có thể tách ra khi có phản ứng hoá học và thường phải nung nóng đến nhiệt độ cao.
Sau khi tách ẩm tính chất hoá lý của vật thay đổi. Ẩm này có thể tồn tại ở dạng liên kết
phân tử như trong muối hydrat MgCl 2.6H2O hoặc ở dạng liên kết ion. Trong quá trình
sấy không đặt vấn đề tách ẩm ở dạng liên kết hoá học.
1.1.2.2. Liên kết hóa lý
Liên kết hoá lý không đòi hỏi nghiêm ngặt về tỷ lệ thành phần liên kết. Có hai
loại: liên kết hấp phụ (hấp thụ) và liên kết thẩm thấu.
- Liên kết hấp phụ của nước có gắn liền với các hiện tượng xảy ra trên bề mặt
giới hạn của các pha (rắn hoặc lỏng). Các vật ẩm thường là những vật keo, có cất tạo
hạt. Bán kính tương đương của hạt từ 10-9 - 10-7 m. Do cấu tạo hạt nên vật keo có bề
mặt bên trong rất lớn. Vì vậy nó có năng lượng bề mặt tự do đáng kể. Khi tiếp xúc với
không khí ẩm hay trực tiếp với ẩm, ẩm sẽ xâm nhập vào các bề mặt tự do này tạo
thành liên kết hấp phụ giữa ẩm và bề mặt.
- Liên kết thẩm thấu là sự liên kết hoá lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh
lệch nồng độ các chất hoà tan ở trong và ngoài tế bào. Khi nước ở bề mặt vật thể bay
hơi thì nồng độ của dung dịch ở đó tăng lên và nước ở sâu bên trong sẽ thấm ra ngoài.
Ngược lại, khi ta đặt vật thể vào trong nước thì nước sẽ thấm vào trong.
1.1.2.3. Liên kết cơ lý
Đây là dạng liên kết giữa ẩm và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của
ẩm trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật. Liên kết cơ học bao gồm liên kết
cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt.
- Liên kết cấu trúc: là liên kết giữa ẩm và vật liệu hình thành trong quá trình hình

thành vật. Ví dụ: nước ở trong các tế bào động vật, do vật đông đặc khi nó có chứa sẵn
nước. Để tách ẩm trong trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm cho ẩm bay hơi, nén
ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật... Sau khi tách ẩm, vật bị biến dạng nhiều, có thể thay
đổi tính chất và thậm chí thay đổi cả trạng thái pha.
- Liên kết mao dẫn: nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản. Trong các vật thể này có
vô số các mao quản. Các vật thể này khi để trong nước, nước sẽ theo các mao quản
xâm nhập vào vật thể. Khi vật thể này để trong môi trường không khí ẩm thì hơi nước
sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao quản và theo các mao quản xâm nhập vào trong vật thể.
- Liên kết dính ướt: là liên kết do nước bám dính vào bề mặt vật. Ẩm liên kết
dính ướt dễ tách khỏi vật bằng phương pháp bay hơi đồng thời có thể tách ra bằng các
phương pháp cơ học như: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm.
1.1.3. Phân loại vật liệu ẩm

8


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

Theo quan điểm hoá lý, vật ẩm là một hệ liên kết phân tán giữa pha phân tán và
môi trường phân tán. Pha phân tán là một chất có cấu trúc mạng hay khung không gian
từ chất rắn phân đều trong môi trường phân tán ( là một chất khác). Dựa theo tính chất
lý học, người ta có thể chia vật ẩm ra thành ba loại:
- Vật liệu keo: là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. Nước hoặc ẩm ở dạng liên
kết hấp thụ và thẩm thấu. Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá
nhiều, nhưng vẫn giữ được tính dẻo. Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhào, tinh
bột...
- Vật liệu xốp mao dẫn: nước hoặc ẩm ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quản
hay còn gọi là lực mao dẫn. Vật liệu này thường dòn hầu như không co lại và dễ dàng

làm nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khô. Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn v.v...
- Vật liệu keo xốp mao dẫn: bao gồm tính chất của hai nhóm trên. Về cấu trúc
các vật này thuộc xốp mao dẫn, nhưng về bản chất là các vật keo, có nghĩa là thành
mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao dẫn của chúng trương lên, khi sấy
khô thì co lại. Loại vật liệu này chiếm phần lớn các vật liệu sấy. Ví dụ: ngũ cốc, các
hạt họ đậu, bánh mì, rau, quả v.v...
1.1.4. Động học của quá trình sấy
Động lực học nghiên cứu quan hệ giữa sự biên thiên của độ ẩm vật liệu với thời
gian và các thong số của quá trình, ví dụ như tính chất và cấu trúc của vật liệu và kích
thước vật liệu, các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy…, từ đó xác định
được chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy thích hợp [5 – 154].
1.1.4.1. Khái niệm tốc độ sấy
Tốc độ sấy được xác định bằng hàm lượng kg ẩm bay hơi trên 1m 2 bề mặt vật
liệu sấy trong một đơn vị thời gian (một giờ) và được biểu thị ở dạng vi phân như sau
[5-180]:
U=

dW
Fdτ

kg/m2.h

Trong đó: W - lượng ẩm bay hơi trong thời gian sấy, kg/h;
F - bề mặt chung của vật liệu sấy, m2 ;
τ - thời gian sấy, h;
Khi biết tốc độ sấy, ta có thể tìm thời gian sấy theo công thức sau:
τ=

G c ( Cđ – Cc )
U .F

,h

Trong đó: Gc - lượng vật liệu khô tuyệt đối trong vật liệu sấy, kg/h;
Cđ, Cc - độ ẩm ban đầu và ban cuối của vật liệu sấy, kg/kg vật liệu khô tuyệt đối;
9


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

1.1.4.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ sấy
Tốc độ sấy phụ thuộc vào nhiều nhân tố, dưới đây là một số nhân tố chủ yếu:
- Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hóa học, đặc tính liên kết ẩm….
- Độ ẩm ban đầu, ban cuối của vật liệu sấy, đồng thời cả độ ẩm tới hạn của vật
liệu.
- Hình dáng của vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, chiều dày lớp vật liệu…
- Độ ẩm của không khí và tốc độ, nhiệt độ của không khí. Nhiệt độ không khí
càng cào, tốc độ không khí càng lớn, độ ẩm tương đối của không khí càng nhỏ thì quá
trình sấy tiến hành càng nhanh. Nhưng nhiệt độ không khí không thể vượt quá nhiệt độ
sấy cho phép của từng loại vật liệu cụ thể, tốc độ của tác nhân sấy cũng không thể quá
lớn vì còn phụ thuộc vào điều kiện làm việc và chế độ sấy.
- Tác nhân sấy: có thể sấy bằng khói lò hoặc không khí nòng, nếu bằng khói lò
thì nhiệt độ cao, nhưng cũng chỉ sử dụng được đối với một số vật liệu chịu được nhiệt
độ cao.
- Cấu tạo máy sấy, phương thức sấy và chế độ sấy.
Trên đây, nêu lên một số nhân tố cơ bản có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và
thời gian sấy, ta cần biết các nhân tố đó để khi tiến hành sấy một vật liệu cụ thể thì có
thể chọn những điều kiện sấy thích hợp nhất.

1.1.4.3. Các dạng biểu đồ về sấy
Khi sấy lượng ẩm bốc hơi giảm dần theo thời gian và do đó, tốc độ sấy cũng biến
đổi theo thời gian, tức là cũng biến đổi theo độ ẩm của vật liệu. Vậy, khi nghiên cứu về
sấy ta nên tìm hiểu quan hệ giữa độ ẩm của vật liệu với thời gian sấy và quan hệ giữa
tốc độ sấy với độ ẩm của vật liệu. Đối với từng vật liệu sấy cụ thể, ta có thể lấy được
những số liệu thực nghiệm và từ đó vẽ được đường biểu diễn các mối quan hệ trên.
Đường biểu diễn quan hệ độ ẩm C của vật liệu với thời gian sấy τ được gọi là đường
cong sấy (hình 1.1). Đường biểu diễn quan hệ tốc độ sấy U và độ ẩm C của vật liệu gọi
là đường cong tốc độ sấy (hình 1.2).

10


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

C%
B

A

K1

τ
Hình 1.1. Đường cong sấy
U

K1

B

C%
C

A

Hình 1.2. Đường cong tốc độ sấy
Nhận xét qua hai biểu đồ:
- Đoạn AB: giai đoạn đốt nóng vật liệu, nhiệt độ vật liệu tăng lên đến nhiệt độ
bầu ướt tương ứng với trạng thái không khí lúc sấy, độ ẩm vật liệu thay đổi không
đáng kể, tốc độ sấy tăng nhanh đến tốc độ cực đại.
- Đoạn BK1: giai đoạn tốc độ sấy không đổi (đẳng tốc), độ ẩm vật liệu giảm
nhanh và đều đặn theo một đường thẳng (đoạn BK1 trên đường cong sấy), nhiệt độ vật
liệu không đổi và vẫn bằng nhiệt độ bầu ướt.
- Đoạn K1C: giai đoạn tốc độ sấy giảm dần nhưng đều, nhiệt độ của vật liệu tăng
lên dần, độ ẩm giảm dần đến độ ẩm cân bằng nhưng mức độ giảm chậm hơn giai đoạn

11


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

trên. Điểm C tương ứng với độ ẩm cân bằng khi đạt độ ẩm cân bằng thì nhiệt độ của
vật liệu bằng nhiệt độ của tác nhân sấy.
Dựa vào thực nhiệm, người ta đã rút ra những nhận xét trên và vẽ được hai
đường biểu diễn giữa độ ẩm vật liệu, tốc độ sấy và thời gian. Điểm K 1 gọi là điểm tới
hạn.

1.1.4.4. Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy
Quá trình sấy một vật liệu ướt đến độ ẩm cân bằng gồm hai giai đoạn chính sau:
- Giai đoạn tốc độ sấy không đổi, hay còn gọi là giai đoạn đẳng tốc: Lúc này, vật
liệu còn nhiều nước, tốc độ khuếch tán của nước bên trong vật liệu lớn hơn tốc độ bay
hơi trên bề mặt vật liệu, vì thế, tốc độ sấy trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào
tốc độ bay hơi trên bề mặt vật liệu, chính vì thế mà tốc độ sấy không phụ thuộc vào
các yếu tố bên trong vật liệu mà chỉ phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài (ví dụ như
nhiệt độ, tốc độ và độ ẩm của không khí sấy…) khi các yếu tố bên ngoài không đổi thì
tốc dộ sấy cũng không đổi.
Vậy, muốn tăng tốc độ sấy thì chủ yếu thay đổi các yếu tố bên ngoài. Ta có thể
tăng nhiệt độ sấy cao hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu vì bề mặt vật liệu còn đang
ướt nên nhiệt độ vật liệu xấp xỉ bằng nhiệt độ bầu ướt t ư, nhưng cần chú ý là chọn nhiệt
độ sấy thế nào để nhiệt độ bầu ướt phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép của vật liệu.
- Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: lúc này vật liệu tương đối khô, lượng nước
trong vật liệu còn ít nên tốc độ khuếch tán của nước trong vật liệu giảm xuống nhỏ hơn
tốc độ bay hơi của nước trên bề mặt vật liệu. Do đó tốc độ sấy trong giai đoạn này chủ
yếu phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của nước bên trong vật liệu – lượng ẩm khuếch
tán giảm dần nên lượng ẩm bay hơi cũng giảm do đó tốc độ sấy cũng giảm. Vậy tốc độ
sấy không phải phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài vật liệu mà phụ thuộc chủ yếu vào
các yếu tố bên trong vật liệu, cho nên muốn tăng tốc độ sấy ở giai đoạn giảm tốc ta
phải khắc phục trở lực khuếch tán bên trong vật liệu. Như đã nói ở trên nhiệt độ của
vật liệu sấy lúc này bắt đầu tăng dần và cho đến khi đạt được độ ẩm cân bằng thì nhiệt
độ của vật liệu bằng nhiệt độ của tác nhân sấy, vì vậy đến giai đoạn này ta phải giữ
nhiệt độ của tác nhân sấy không quá nhiệt độ cho phép của vật liệu.
Việc xác định hai giai đoạn sấy có ý nghĩa quan trọng vì từ đó ta có thể thiết lập
chế độ sấy khác nhau thích ứng với đặc điểm của từng giai đoạn để có thể vừa đảm
bảo chất lượng sản phẩm, đồng thời tiết kiệm năng lượng rút ngắn được thời gian sấy.

12

Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

1.1.5. Tác nhân sấy
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy [6 28]. Trong quá trình sấy môi trường buồng sấy luôn luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ
vật sấy. Các tác nhân sấy thường là các chất khí như: không khí, khói, hơi quá nhiệt.
1.1.5.1. Nhiệm vụ của tác nhân sấy
Tác nhân sấy có nhiệm vụ sau:
- Gia nhiệt cho vật sấy.
- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường.
- Bảo vệ vật sấy khỏi bị ẩm khi quá nhiệt.
Tùy theo phương pháp sấy, tác nhân sấy có thể thực hiện một hoặc hai trong ba
nhiệm vụ nói trên.
1.1.5.2. Phân loại tác nhân sấy
- Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất. Dùng không khí ẩm có
nhiều ưu điểm: không khí có sẵn trong tự nhiên, không độc và không làm ô nhiễm sản
phẩm.
- Khói lò: sử dụng làm môi chất sấy có ưu điểm là không cần dùng calorife,
phạm vi nhiệt độ rộng nhưng dùng khói lò có nhược điểm là có thể ô nhiễm sản phẩm
do bụi và các chất có hại như: CO2, SO2.
- Hỗn hợp không khí hơi và hơi nước: tác nhân sấy loại này dùng khi cần có độ
ẩm tương đối φ cao.
- Hơi quá nhiệt: dùng làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản
phẩm sấy là chất dễ cháy nổ.
1.1.5.3. Không khí ẩm
- Các thông số cơ bản của không khí ẩm:
+ Độ ẩm tương đối là tỉ số giữa lượng hơi nước có trong không khí ẩm với lượng
hơi nước lớn nhất có thể chứa trong không khí ẩm đó ở cùng một nhiệt độ:

ϕ=

Gh
p
.100% = h .100%
G hmax
p hs

Trong đó:
Gh , kg : lượng hơi nước trong không khí ẩm.
Ghmax: lượng hơi nước lớn nhất có thể chứa trong không khí ẩm.
ph , N/m2 : phần áp suất hơi nước trong không khí ẩm.
phs , N/m2 : áp suất bão hòa hơi nước ở nhiệt độ không khí ẩm.
+ Độ chứa hơi là lượng hơi nước chứa trong 1kg không khí khô:

13


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

d=

Gh
Gk

(kg/kgkkkhô)

Với: Gh, kg: lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm.
Ghs: lượng không khí khô.
Gh, Gk có thể xác định theo phương trình trạng thái của hơi nước và không khí
khô theo ph, pk và p.
+ Entanpy của không khí ẩm được tính với 1kg không khí khô như sau:
I = Ik + Ih
(kJ/kgkkkhô)
Trong đó:
Ik: entanpy không khí khô, Ik = Cpkt, kJ/kgkkkhô với Cpk là nhiệt dung riêng của
không khí khô, có giá trị là 1,04 kJ/kgkkkhô, nhiệt độ không khí ẩm.
Ih: entanpy của hơi nước có trong 1 kg không khí khô.
+ Nhiệt độ điểm sương (ts): nhiệt độ điểm sương của không khí ẩm là nhiệt độ
của không khí bão hòa đạt được bằng cách làm lạnh không khí ẩm trong điều kiện độ
chứa hơi không đổi. Khi biết nhiệt độ và độ ẩm tương đối có thể xác định nhiệt độ
đọng sương. Khi bão hòa φ = 100% , ph = phs nhiệt độ không khí ẩm lúc này là ts chính
là nhiệt độ bão hòa ứng với p h = phs. Vì vậy ta có thể tra bảng hơi nước bão hòa với p h
ta xác định được nhiệt độ bão hòa.
+ Nhiệt độ nhiệt kế ướt: là nhiệt độ của không khi ẩm bão hòa đạt được bằng
cách cho nước bốc hơi đoạn nhiệt vào không khí ẩm. Quá trình xảy ra làm cho nhiệt
độ không khí ẩm giảm, độ ẩm tương đối và độ ẩm chứa hơi tăng, còn entanpy không
đổi. Quá trình đạt đến trạng thái cân bằng φ = 100% thì nhiệt độ không khí ẩm là t ư.
Nhiệt độ này cũng chính là nhiệt độ nước. Người ta đo nhiệt độ này bằng cách lấy
bông hoặc vải thô vấn vào bầu thủy ngân của nhiệt kế và nhúng vào nước vì vậy gọi là
nhiệt độ nhiệt kế ướt.
+ Thể tích của không khí ẩm: Thể tích không khí ẩm tính theo 1kg không khí khô
được xác định theo công thức: v =

RT
, m3/kgkkk
P − ϕ Pbh

Trong đó: R- hằng số khí đối với không khí thì R = 287 J/kgoK;
T- nhiệt độ của không khí, oK
ϕ Pbh – áp suất riêng phần của hơi nước, N/m2;

14


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

1.1.5.4. Khói lò

- Nguyên lý hệ thống sấy bằng khói
Sử dụng không khí nóng để sấy cần thiết phải có bộ phân gia nhiệt không khí
dùng điện, dùng hơi nước hay dùng khói…để cung cấp năng lượng. Các trường hợp
này chi phí vốn đầu tư và năng lượng cao. Trong nhiều trường hợp có thể sử dụng trực
tiếp khói để sấy. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy dùng môi chất như sau:
Không khí
Khí
thải

Nhiên liệu
Buồng
hòa
trộn

Buồng đốt
Khói

Không khí

Tác
nhân
sấy

Buồng sấy

Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bằng khói
Trong buồng đốt, người ta đốt cháy nhiên liệu với hệ số không khí thừa thích hợp
để quá trình cháy tốt nhât, khói thoát ra sẽ được đưa vào buồng hòa trộn, ở đây người
ta đưa thêm không khí hòa trộn với khói để tạo thành môi chất sấy có nhiệt độ thích
hợp. Sau đó môi chất sấy được đưa vào buồng sấy để thực hiện quá trình sấy rồi thải ra
ngoài.
Sử dụng khói làm môi chất sấy có các ưu điểm, khuyết điểm sau:
- Ưu điểm:
+ Có thể điều chỉnh nhiệt độ môi chất sấy trong một khoảng rất rộng. Có thể sấy
ở nhiệt độ rất cao từ 900 - 1000 oC và ở nhiệt độ thấp 70 - 90oC hoặc thậm chí 40 50oC [6 – 49].
+ Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt.
+ Đầu tư vốn ít vì không phải dùng calorife.
+ Giảm tiêu hao năng lượng do giảm trở lực hệ thống.
+ Nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiệt của hệ thống thiết bị.
- Nhược điểm:
15


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

+ Gây bụi bẩn cho sản phẩm và thiết bị.
+ Có thể gây hỏa hoạn hoặc xẩy ra các phản ứng hóa học không cần thiết ảnh
hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm.
Khi sử dụng bằng phương pháp sấy khói phải chú ý khắc phục những nhược
điểm trên để đạt được yêu cầu sấy những loại sản phẩm khác nhau. Phương pháp sấy
bằng khói thường dùng để sấy gỗ và các sản phẩm bằng gỗ, các vật liệu xây dựng, đồ
gốm sứ, hạt nông lâm sản…
1.2. Thiết bị sấy
1.2.1. Phân loại thiết bị sấy
Do điều kiện sấy trong mỗi trường hợp sấy khác nhau nên có nhiều kiểu thiết bị
sấy khác nhau, vì vậy có nhiều cách phân loại thiết bị sấy:
- Dựa vào tác nhân sấy: ta có thiết bị sấy bằng không khí hoặc thiết bị sấy bằng
khói lò, ngoài ra còn có các thiết bị sấy bằng các phương pháp đặc biệt như sấy thăng
hoa, sấy bằng tia hồng ngoại hay bằng dòng điện cao tần.
- Dựa vào áp suất làm việc: thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy ở áp suất thường.
- Dựa vào phương pháp cung cấp nhiệt cho quá trình sấy: thiết bị sấy tiếp xúc,
thiết bị sấy đối lưu, thiết bị sấy bức xạ …
- Dựa vào cấu tạo thiết bị: phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng
quay, sấy tầng sôi, sấy phun…
- Dựa vào chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: cùng chiều, ngược
chiều và giao chiều.
1.2.2. Nguyên lý thiết kế thiết bị sấy
Yêu cầu thiết bị sấy là phải làm việc tốt (vật liệu sấy khô đều có thể điều chỉnh
được vận tốc dòng vật liệu và tác nhân sấy, điều chỉnh được nhiệt độ và độ ẩm của tác
nhân sấy), tiết kiệm nguyên vật liệu, năng lượng và dễ sử dụng.
Khi thiết kế thiết bị sấy cần có những số liệu cần thiết: Loại vật liệu cần sấy (rắn,
nhão, lỏng…), năng suất, độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, nhiệt độ giới hạn lớn nhất, độ
ẩm và tốc độ tác nhân sấy, thời gian sấy.
Trước hết phải vẽ sơ đồ hệ thống thiết bị, vẽ quy trình sản xuất, chọn kiểu thiết bị

phù hợp với tính chất của nguyên liệu và điều kiện sản xuất. Tính cân bằng vật liệu,
xác định số liệu và kích thước thiết bị. Tính cân bằng nhiệt lượng để tính nhiệt tiêu thụ
và lượng tác nhân sấy cần thiết.
Đối với các thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển cần phải tính độ bền. Sau khi
tính xong những vấn đề trên ta bắt đầu chọn và tính các thiết bị phụ của hệ thống: bộ

16


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

phận cung cấp nhiệt (lò đốt, calorifer), bộ phận vận chuyển, bộ phận thu hồi bụi (nếu
có), quạt , công suất tiêu thụ để chọn động cơ điện.
1.2.3. Lựa chọn thiết bị sấy
Muốn chọn máy sấy thích hợp nhất cho một nguyên liệu nhất định từ nhiều loại
máy sấy, cần phải xem xét tất cả các thông số quan trọng đối với quá trình làm việc
của máy sấy.
1.2.3.1. Tính chất vật liệu sấy
Rất ít máy sấy thích hợp cho nhiều loại sản phẩm sấy có hình dạng khác nhau.
Việc chọn lựa máy sấy phụ thuộc vào: hình dáng, kích thước và thành phần hoá học
của vật liệu sấy, dạng vật liệu (dạng lát, dạng cục, dạng bột, dạng đặc, dạng lỏng...).
Ngoài ra cần biết sự thay đổi hình dạng và trạng thái của vật liệu trong quá trình sấy
như sự co dúm, sự rạn nứt, sự phân lớp... tính chất nào bị thay đổi mạnh nhất.
1.2.3.2. Hình dạng, kích thước
Đối với nguyên liệu giàu tinh bột, lớp sấy dày (thường sấy chậm): sử dụng phòng
sấy, hầm sấy, tháp sấy...
Đối với vật liệu rời, nhỏ và lớp sấy mỏng: sử dụng máy sấy nhanh, như máy sấy
phun, máy sấy khí động, hoặc máy sấy trục lăn. Để sấy nhanh người ta có thể làm nhỏ,

làm mỏng vật liệu trước khi sấy. Đối với lớp sấy mỏng : có thể sử dụng máy sấy bức
xạ. Có thể sử dụng những máy sấy có kết cấu cơ học đặc biệt để phân bố đều vật liệu
sấy, ví dụ: máy sấy cánh đảo, máy sấy thùng quay, máy sấy đĩa quay...Có thể kết hợp
máy sấy với máy nghiền trục vít.
1.2.3.3. Tính chất ẩm
Để bốc ẩm tự do dùng những máy sấy tuần hoàn để tiết kiệm năng lượng (có thể
tách ẩm tự do và ẩm dính ướt nhanh nhất bằng ly tâm và ép). Đối với vật liệu keo có
thể sử dụng những máy sấy nhanh, sau khi nguyên liệu được xử lý thành dạng bột
hoặc lớp sấy mỏng.
Để tách nước liên kết người ta thường sử dụng máy sấy, mà ở đó sản phẩm sấy
chịu được nhiệt độ cao hơn. Người ta cũng cần chú ý đến độ ẩm ban đầu và ban cuối
của sản phẩm. Nếu độ ẩm cuối của sản phẩm sấy được phép còn lại tương đối cao: có
thể sử dụng máy sấy nhanh. Nếu độ ẩm cuối của sản phẩm bé: thời gian sấy lâu nên
máy sấy cần cho phép kéo dài thời gian sấy của nó. Có thể phối hợp 2 máy sấy, ví dụ :
đối với sản phẩm dạng rời có thể kết hợp máy sấy khí động tác dụng nhanh với máy
sấy thùng quay tác dụng chậm. Đối với sản phẩm dạng pasta có thể kết hợp máy sấy
trục lăn với máy sấy băng tải.

17


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

1.2.3.4. Sự nhạy cảm với nhiệt độ của sản phẩm sấy
Những vật liệu cho phép sử dụng nhiệt độ cao : có thể dùng loại máy sấy có tác
nhân sấy là khói lò. Tiết gia súc, các chất chiết từ động thực vật cần phải sấy ở trạng
thái ôn hoà, để giữ lại những tính chất có giá trị của nó.
Trong máy sấy phun và sấy khí động, sản phẩm chỉ lưu lại thời gian rất ngắn nên

được phép sử dụng nhiệt độ cao hơn so với sấy hầm. Trong tất cả những máy sấy phổ
biến thì những máy sấy đối lưu kiểm soát nhiệt độ của sản phẩm sấy tốt nhất, vì có thể
dễ dàng điều chỉnh trạng thái không khí thích hợp. Trong máy sấy tiếp xúc, sản phẩm
sấy nhận nhiệt độ của bề mặt bị đun nóng ở những chỗ tiếp xúc, bởi vậy chỉ sử dụng
đối với những sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ, quá trình sấy xảy ra rất nhanh Không
sử dụng máy sấy bức xạ đối với những sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ, vì sản phẩm
dễ bị đun nóng cục bộ gây nguy hiểm cho sản phẩm.
Đối với một số sản phẩm cần chú ý đến sự nhạy cảm về sức căng, dễ bị co ngót,
nứt nẻ trong quá trình sấy dưới tác dụng sức căng cơ học mạnh: có thể sử dụng máy
sấy đối lưu cho phép điều chỉnh được các thông số sấy thích hợp với từng loại sản
phẩm sấy. Trong một số trường hợp có thể sử dụng những phương pháp sấy đặc biệt:
sấy bằng dòng điện cao tần, sấy chân không và sấy thăng hoa. Đối với một số sản
phẩm không được phép sử dụng tác nhân sấy là khói lò, những sản phẩm dễ bị oxy
hoá, bị cháy: sử dụng máy sấy chân không hoặc máy sấy dùng khí trơ tuần hoàn.
Đối với những sản phẩm có tác dụng ăn mòn máy sấy: cần sấy trong những máy
sấy có cấu tạo chống ăn mòn.
1.2.3.5. Năng suất sản phẩm
Đối với năng suất nhỏ và loại sản phẩm thay đổi hình dạng: thường sử dụng loại
máy sấy làm việc gián đoạn. Đối với năng suất lớn, nguyên vật liệu đồng nhất thường
dùng máy sấy làm việc liên tục.
1.2.3.6. Tính chất sản phẩm sau khi sấy
Thường giá trị thương mại của sản phẩm phụ thuộc vào cảm quan và độ đồng
đều. Sản phẩm không được khác biệt nhiều về chất lượng và độ ẩm, nếu độ ẩm chưa
đạt yêu cầu cần phải được sấy lại. Sản phẩm cần được đóng gói và trang trí bao bì theo
khối lượng nhất định để tiện lợi cho người sử dụng. Cấu tạo của máy sấy có thể ảnh
hưởng đến tính chất nói trên.

18

Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

1.3. Hệ thống sấy thùng quay
1.3.1. Giới thiệu chung về máy sấy thùng quay
Hệ thống sấy thùng quay là hệ thống sấy làm việc liên tục chuyên dùng để sấy
vật liệu hạt, cục nhỏ như: cát, than đá, các loại quặng…
Máy sấy thùng quay là một thùng hình trụ đặt nghiêng, thùng được đặt nghiêng
với mặt phẳng nằm ngang theo tỉ lệ 1/15 – 1/50. Thùng sấy quay với tốc độ 1,5 – 8
vòng/phút, có 2 vành đai đỡ, vành đai này tỳ vào con lăn đỡ khi thùng quay. Vật liệu
vào sấy qua phễu nạp liệu. Vật liệu trong thùng không quá 20 – 25% thể tích thùng.
Sau khi sấy xong, sản phẩm qua bộ phận tháo sản phẩm ra ngoài.
Bên trong thùng có lắpcác cánh để xáo trộn vật liệu làm cho hiệu suất sấy đạt
được cao hơn, phía cuối thùng có hộp tháo sản phẩm còn đầu thùng cắm vào lò đốt
hoặc nối với ống tạo tác nhấn sấy. Giữa thùng quay, hộp tháo và lò có cơ cấu bịt kín để
không khí nóng và khói lò không thoát ra ngoài. Ngoài ra còn có xyclon để thu hồi sản
phẩm bay theo và thải khí sạch ra môi trường.
Khí nóng và vật liệu có thể đi cùng chiều hoặc ngược chiều ở bên trong thùng.
Phía đầu chỗ nạp liệu bên trong thùng sấy có lắp các cánh xoắn một đoạn khoảng 700
– 1000mm, chiều dài của đoạn này phụ thuộc vào đường kính của thùng.
Tốc độ khói lò hoặc không khí nóng đi trong thùng không được lớn hơn 3m/s để
tránh vật liệu bị cuốn nhanh ra khỏi thùng.
Các đệm ngăn trong thùng vừa có tác dụng phân phối vừa có tác dụng phân phối
đều cho vật liệu theo tiết diên thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc
giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước vật
liệu sấy và độ ẩm cửa nó.
Các loại đệm ngăn dùng phổ biến là:
- Đệm ngăn mái chèo nâng và loại phối hợp: Dùng khi sấy những vật liệu cực to,
ẩm, có xu hướng đóng vón. Loại này có hệ số chất đầy vật liệu không quá 0,1 – 0,2.

- Đệm ngăn hình quạt có những khoảng thông với nhau.
- Đệm ngăn phân phối hình chữ nhật và kiểu vạt áo được xếp trên toàn bộ tiết
diện của thùng được dùng để sấy các vật liệu dạng cục nhỏ, xốp, khi thùng quay vật
liệu đảo trộn nhiều lần, bề mặt tếp xúc giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy lớn.
- Đệm ngăn kiểu phân khu: Để sấy các vật liệu đã được đập nhỏ, bụi. Loại này
chỉ cho phép hệ số điền đầy khoảng 0,15 - 0,25.
- Nếu nhiệt độ sấy cần lớn hơn 200 oC thì dùng khói lò nhưng không dùng cho
nhiệt độ lớn hơn 800oC.

19


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

Ưu và nhược điểm của hệ thống sấy thùng quay:
- Ưu điểm:
+ Quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ tiếp xúc tốt giữa vật liệu sấy và tác
nhân sấy. Cường độ sấy lớn, có thể đạt 100kg ẩm bay hơi/m3h.
+ Thiết bị nhỏ gọn, có thể cơ khí và tự động hóa hoàn toàn.
- Nhược điểm:
+ Vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ tạo bụi do vỡ vụn. Do đó trong nhiều trường
hợp sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sấy.

Hình 1.4: Cấu tạo bên trong máy sấy thùng quay
1.3.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống sấy thùng quay
Cấu tạo gồm:
1. Thùng quay
2.Vành đi đỡ

4. Bánh răng
5. Phễu hứng sản phẩm
7. Thiết bị lọc bụi
8. Lò đốt
10. Mô tơ quạt
11. Bê tông
13. Phểu tiếp liệu
14. Van diều chỉnh

20

3. Con lăn đỡ
6. Quạt hút
9. Con lăn chặn
12. Băng tải
15. Quạt thổi


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

13
8

2
15

21

Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

Máy sấy thùng quay gồm một thùng hình trụ (1) đặt nghiêng với mặt phẳng nằm
ngang 1 ÷ 6o. Toàn bộ trọng lượng của thùng được đặt trên 2 bánh đai đỡ (2).
Bánh đai được đặt trên bốn con lăn đỡ (3), khoảng cách giữa 2 con lăn cùng 1 bệ
đỡ (11) có thể thay đổi để điều chỉnh các góc nghiêng của thùng, nghĩa là điều chỉnh
thời gian lưu vật liệu trong thùng. Thùng quay được là nhờ có bánh răng (4). Bánh
răng (4) ăn khớp với với bánh răng dẫn động nhận truyền động của động cơ (10) qua
bộ giảm tốc.
Vật liệu ướt được nạp liên tục vào đầu cao của thùng qua phễu chứa (13) và được
chuyển động dọc theo thùng nhờ các đệm ngăn. Các đệm ngăn vừa có tác dụng phân
bố đều vật liệu theo tiết diện thùng, đảo trộn vật liệu vừa làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa
vật liệu sấy và tác nhân sấy. Cấu tạo của đệm ngăn phụ thuộc vào kích thước của vật
liệu sấy tính chất và độ ẩm của nó. Vận tốc của khói lò hay không khí nóng đi trong
máy sấy khoảng 2 ÷ 3 m/s, thùng quay 5 ÷ 8 vòng/phút. Vật liệu khô ở cuối máy sấy
đươc tháo qua cơ cấu tháo sản phẩm (5) rồi nhờ băng tải xích (12) vận chuyển vào
kho.
Khói lò hay không khí thải được quạt (6) hút vào hệ thống tách bụi,… để tách
những hạt bụi bị cuốn theo khí thải. Các hạt bụi thô được tách ra, hồi lưu trở lại băng
tải xích (12). Khí sạch thải ra ngoài.
1.4. Giới thiệu vật liệu sấy, tác nhân sấy
1.4.1. Vật liệu sấy
Vật liệu cần sấy Canxi cacbonat, là một hợp chất hóa học với công thức phân tử
là CaCO3. Nó được tìm thấy trong tự nhiên trong các khoáng chất và đá sau Aragonit,
Canxit, đá phấn, đá vôi, cẩm thạch hay đá hoa…
Đa số cacbonat canxi được sử dụng trong công nghiệp là được khai thác từ đá mỏ
hoặc đá núi. Cacbonat canxi tinh khiết (ví dụ loại dùng làm thuốc hoặc dược phẩm),

được điều chế từ nguồn đá mỏ (thường là cẩm thạch) hoặc nó có thể được tạo ra bằng
cách cho khí điôxít cacbon chạy qua dung dịch hyđroxit canxi.
Chất này được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp xây dựng như đá xây dựng,
cẩm thạch hoặc là thành phần cấu thành của xi măng hoặc từ nó sản xuất ra vôi.
Cacbonat canxi được sử dụng rộng rãi trong vai trò của chất kéo duỗi trong các loại
sơn, cụ thể là trong sơn nhũ tương xỉn trong đó thông thường khoảng 30% khối lượng
sơn là đá phấn hay đá hoa. Cacbonat canxi cũng được sử dụng rộng rãi làm chất độn
trong chất dẻo. Một vài ví dụ điển hình bao gồm khoảng 15 - 20% đá phấn trong ống
dẫn nước bằng PVC không hóa dẻo (uPVC), 5 đến 15% đá phấn hay đá hoa tráng
stearat trong khung cửa sổ bằng uPVC. Cacbonat canxi mịn là thành phần chủ chốt
22


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

trong lớp màng vi xốp sử dụng trong tã giấy cho trẻ em và một số màng xây dựng do
các lỗ hổng kết nhân xung quanh các hạt cacbonat canxi trong quá trình sản xuất màng
bằng cách kéo giãn lưỡng trục. Cacbonat canxi cũng được sử dụng rộng rãi trong một
loạt các công việc và các chất kết dính tự chế, chất bịt kín và các chất độn trang trí.
Các keo dán ngói bằng gốm thường chứa khoảng 70-80% đá vôi. Các chất độn chống
nứt trang trí chứa hàm lượng tương tự của đá hoa hay đolomit. Nó cũng được trộn lẫn
với mát tít để lắp các cửa sổ kính biến màu, cũng như chất cản màu để ngăn không cho
thủy tinh bị dính vào các ngăn trong lò khi nung các đồ tráng men hay vẽ bằng thuốc
màu ở nhiệt độ cao. Cacbonat canxi cũng được sử dụng rộng rãi trong y tế với vai trò
là thuốc bổ sung khẩu phần canxi giá rẻ, chất khử chua. Nó cũng được sử dụng trong
công nghiệp dược phẩm làm chất nền cho thuốc viên làm từ loại dược phẩm khác.
Cacbonat canxi được biết đến là "chất làm trắng" trong việc tráng men đồ gốm sứ
nơi nó được sử dụng làm thành phần chung cho nhiều loại men dưới dạng bột trắng.

Khi lớp men có chứa chất này được nung trong lò, chất vôi trắng là vật liệu trợ chảy
trong men. Nó cũng thường được gọi là đá phấn vì nó là thành phần chính của phấn
viết bảng. Phấn viết ngày nay có thể hoặc làm từ cacbonat canxi hoặc là thạch cao,
sulfat canxi ngậm nước CaSO4.2H2O.
Canxi cacbonat có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống và trong công nghiệp.
Chính vì vậy, để bảo quản và vận chuyển tốt, không ảnh hưởng đến quá trình phối trộn
và sản phẩm sau khi phối trộn thì người ta phải làm giảm hàm lượng nước có trong
canxi cacbonat bằng cách là sấy vật liệu đến độ ẩm thích hợp tùy theo mục đích sử
dung. Có nhiều phương pháp sấy ở đây ta chọn phương pháp sấy thùng quay để sấy.
1.4.2. Chọn tác nhân sấy
Khói lò dùng làm tác nhân sấy có ưu điểm là phạm vi hoạt động rộng từ hàng
chục độ đến trên 1000oC, không cần calorife, cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo và
lắp đặt. Theo thông số thiết kế ban đầu, tác nhân sấy có nhiệt độ đầu là 850 oC, do đó ta
chọn tác nhân sấy là khói lò.

23


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

Chương 2
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO THIẾT BỊ SẤY
Các thông số ban đầu của đồ án thiết kế hệ thống sấy thùng quay:
- Loại vật liệu cần sấy: Canxi cacbonat.
- Năng suất G2: 200 T/ngày (24h/1 ngày).
- Độ ẩm ban đầu ω1 : 13 %.
-

Độ ẩm sau sấy ω2 : 0,5 %.

- Nhiệt độ khí sấy vào t1: 850 oC.
- Nhiệt độ khí sấy ra t2: 100 oC.
- Cường độ bốc hơi ẩm A: 36 kg/m3.h.
Theo các thông số trên, ta chọn tác nhân sấy là khói lò và thiết bị là máy sấy
thùng quay. Tác nhân sấy chuyển động ngược chiều với vật liệu sấy.
Dựa vào giá trị cường độ bốc hơi ẩm (A= 36 kg/m 3.h), ta chọn kích thước vật liệu
sấy có kích thước hạt 0 – 20 mm, hệ số điền đầy vật liệu trong thùng là 23%, thiết bị
có cánh đảo trộn là cánh nâng thường [4-122].
2.1. Kích thước cơ bản của thùng sấy
- Lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy:
Theo [4-289] ta có lượng ẩm bốc hơi được xác định theo công thức sau:
W = G2

ω1 − ω2
100 − ω1

(Kg/h) (2.1)

Trong đó W – Lượng ẩm bốc hơi, kg/h;
G 2 – lượng vật liệu khô ra khỏi máy sấy hay năng suất thiết bị, kg/h;
G2 = 200 tấn/ngày = 8333,33 kg/h;
ω1 – độ ẩm ban đầu của vật liệu;
ω2 – độ ẩm cuối của vật liệu;
Thay số, ta được:

W = 8333,33.

13 - 0,5

= 1197,32 kg/h;
100 -13

- Lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy G1 [5-228]:
G1 = G2 + W = 8333,33 + 1197,32 = 9530,65 kg/h;
- Thể tích thùng sấy: Theo [4-121], thể tích thùng sấy:
Vt =

W
, m3
A
24

(2.2)


Đồ án môn học

GVHD: TS. Vũ Hồng Thái

Trong đó: Vt – thể tích thùng sấy, m3;
A – cường độ bốc hơi ẩm, kg/m3.h;
1197,32
= 33,26
m3
36
- Xác định chiều dài và đường kính của thùng
Suy ra: Vt =

Theo [6-324] ta có tiêu chuẩn:

L
L
= 3,5 − 7 ; ta chọn
= 5,5 .
Dt
Dt

Trong đó: Dt – đường kính trong của thùng sấy, m;
L – chiều dài thùng, m;

π .Dt2 .L
Thể tích thùng sấy: Vt = S.h =
4
suy ra:
Dt =

3

(2.3)

4Vt
4.33,26
=3
= 1,92 ,m.
5,5.π
5,5.3,14

Chọn đường kính theo tiêu chuẩn là Dt = 2 m
Suy ra chiều dài thùng L =

4Vt
4.33, 26
= 10,59 m.
2 =
π.D t
3,14.22

Chọn L = 11 m, khi đó ta có

L 11
= = 5,5 (thỏa mãn).
Dt 2

π.D 2t .L 3,14.22.11
=
= 34,56 , m3
- Tính lại thể tích thùng: Vt =
4
4
- Tính lại cường độ bốc hơi ẩm: A =

W 1197,32
=
= 34,65 kg/m3.h
Vt
34,56

2.2. Thời gian sấy và số vòng quay
- Đối với máy sấy thùng quay, thời gian sấy lý thuyết theo [4-123]:

τs =

120.β.ρx .(ω1 − ω2 )
(2.4)
A[200 − (ω1 + ω2 )]

Trong đó:
β - hệ số chứa vật liệu của thùng. Chọn β = 0,23;
ρx - khối lượng riêng xốp trung bình của vật liệu trong thùng.
Theo bảng 1.1 [3-8], khối lượng riêng xốp của Canxi cacbonat ρx = 1800 kg/m3;
⇒ τs =

120.0, 23.1800(13 − 0,5)
= 92, 49 phút
36[200 − (13 + 0,5)]

25